(57)【要約】窒化ガリウム（ＧａＮ）デバイスのようなデバイス（１０８）を保護するための回路（１００Ｂ）及びその動作方法が記載されている。回路（１００Ｂ）は、デバイス（１０８）内の電流の大きさを監視し（１０２）、閾値を超える電流の大きさに応答して、電流の大きさを低減すること、及びデバイス（１０８）をシャットダウンすることのうちの少なくとも一方を行う。これらの回路（１００Ｂ）は、損傷を与える動作状態からデバイスを保護し、保護対象デバイス（１０８）の動作寿命を延ばす。
2019523577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に出力信号を供給するためのシステムであって、
前記負荷に前記出力信号を供給するように構成されたドレイン端子、及び入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと直列に結合され、ゲート端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタに結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された電流検出回路と、
前記電流検出回路に結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されたフィードバック回路と、
前記フィードバック回路、及び第１及び第２のトランジスタの各々のゲート端子に結合されたドライバ回路と
を備え、前記ドライバ回路は、前記第１のトランジスタのゲート端子に電圧を印加し、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記閾値は、設定可能な閾値である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、前記第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するようにさらに構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記電流検出回路は、前記第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記フィードバック回路は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィードバック回路は、前記基準電圧を生成し、前記差分検出器に前記基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタのソース端子に結合されたドレイン端子を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ドライバ回路に結合されたゲート端子と、前記第２のトランジスタのドレイン端子に結合されたドレイン端子とを有する第３のトランジスタをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ドライバ回路は、前記第２及び第３のトランジスタの各々のゲート電圧を調整することによって前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路であって、
前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定する電流検出回路と、
前記電流検出回路に結合され、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されているフィードバック回路と、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子、及び前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート端子に結合されたドライバ回路と
を備え、前記ドライバ回路は、前記フィードバック信号を受信し、前記ＧａＮトランジスタにバイアス電圧を印加し、前記電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを低減するようにさらに構成されている、回路。
【請求項１２】
前記ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、前記バイアス電圧を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記電流検出回路は、電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む、請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記フィードバック回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧を、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項１１に記載の回路。
【請求項１５】
前記フィードバック回路は、前記基準電圧を生成し、前記基準電圧を前記差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法であって、
前記増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を基準電圧と比較することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、前記第１のトランジスタと直列に結合された電力増幅器の第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減すること
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定することは、前記基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定すること、前記基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていると判定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタをオフにすることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタに結合された第３のトランジスタのゲート電圧を調整することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタをオフにすること、前記第３のトランジスタをオンにすることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
負荷に出力信号を供給するためのシステムであって、
前記負荷に出力を供給するように構成されたドレイン端子、及び第１の入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのゲート端子に結合され、前記第１のトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、
前記第１のトランジスタに結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、
前記第２の回路に結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路と、
前記第３の回路及び前記第１のトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路と
を備え、前記第４の回路は、第２の入力信号を受信し、前記フィードバック信号及び前記第２の入力信号に基づいて前記第１の入力信号を生成するように構成されており、前記第１の入力信号は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記第２の入力信号の大きさよりも小さい、システム。
【請求項２２】
前記閾値は、設定可能な閾値である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１のトランジスタと直列に結合された第２のトランジスタをさらに備え、前記第２のトランジスタは、ドライバ回路に結合されたゲート端子を有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、前記第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に前記バイアス電圧を印加するようにさらに構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２の回路は、前記第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第３の回路は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを、閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第３の回路は、前記基準電圧を生成し、前記基準電圧を前記差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の入力信号は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記第２の入力信号と略同じ大きさを有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項３０】
窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路であって、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合され、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、
前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、
電流検出回路に結合され、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路と、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路と
を備え、前記第４の回路は、入力信号を受信し、前記フィードバック信号及び前記入力信号に基づいて出力信号を生成し、前記出力信号を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に供給するように構成されており、前記出力信号は、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記入力信号の大きさよりも小さい、回路。
【請求項３１】
前記第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＧａＮと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、前記バイアス電圧を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている、請求項３０に記載の回路。
【請求項３２】
前記第２の回路は、電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む、請求項３０に記載の回路。
【請求項３３】
前記第３の回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項３０に記載の回路。
【請求項３４】
前記第３の回路は、前記基準電圧を生成し、前記差分検出器に前記基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項３３に記載の回路。
【請求項３５】
前記入力信号は、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記出力信号と略同じ大きさを有する、請求項３０に記載の回路。
【請求項３６】
出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法であって、
前記増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を基準電圧と比較することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、前記第１のトランジスタへの入力信号を減衰させることによって、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減すること
を含む、方法。
【請求項３７】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定することは、前記基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定すること、前記基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていると判定することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定することに応答して、前記入力信号の大きさを維持することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この技術は、窒化ガリウム（ＧａＮ）デバイスなどのデバイスを、当該デバイスを損傷または破壊する可能性のある動作状態から保護する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ半導体材料は、その望ましい電子的及び電気光学的特性のために近年注目を集めている。ＧａＮは、約３．４ｅＶの広い直接的なバンドギャップを有する。その広いバンドギャップのために、ＧａＮはアバランシェ降伏に対してより耐性があり、シリコン及びガリウム砒素のような、より一般的な半導体材料に比べてより高い固有電界強度を有する。さらに、ＧａＮは、シリコンまたはガリウム砒素のような他の半導体と比較して、より高い温度でもその電気的性能を維持することができる。ＧａＮはまた、シリコンに比べてより高いキャリア飽和速度を有する。さらに、ＧａＮは、ウルツ鉱型の結晶構造を有し、硬質材料であり、熱伝導率が高く、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素など他の従来の半導体よりもはるかに高い融点を有する。したがって、ＧａＮは、高速、高電圧、及び高出力の用途に有用である。例えば、ＧａＮ材料は、無線周波数（ＲＦ）通信、レーダー、及びマイクロ波用途のための半導体増幅器における能動回路部品として使用することができる。
【発明の概要】
【０００３】
一態様によれば、負荷に出力信号を供給するためのシステムが提供される。このシステムは、負荷に出力信号を供給するように構成されたドレイン端子、及び入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、第１のトランジスタと直列に結合され、ゲート端子を有する第２のトランジスタと、第１のトランジスタに結合され、第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された電流検出回路と、電流検出回路に結合され、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されたフィードバック回路と、フィードバック回路、及び第１及び第２のトランジスタの各々のゲート端子に結合されたドライバ回路とを含む。ドライバ回路は、第１のトランジスタのゲート端子に電圧を印加し、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されることができる。
【０００４】
一実施形態では、閾値は設定可能な閾値である。一実施形態では、第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。一実施形態では、ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するようにさらに構成されている。
【０００５】
一実施形態では、電流検出回路は、第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗と、電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む。一実施形態では、フィードバック回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を、閾値を定める基準電圧と比較し、比較に基づいてフィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む。一実施形態では、フィードバック回路は、基準電圧を生成し、差分検出器に基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む。
【０００６】
一実施形態では、第２のトランジスタは、第１のトランジスタのソース端子に結合されたドレイン端子を有する。一実施形態では、システムは、ドライバ回路に結合されたゲート端子と、第２のトランジスタのドレイン端子に結合されたドレイン端子とを有する第３のトランジスタをさらに含む。一実施形態では、ドライバ回路は、第２及び第３のトランジスタの各々のゲート電圧を調整することによって第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されている。
【０００７】
少なくとも１つの態様によれば、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路が提供される。回路は、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定する電流検出回路と、電流検出回路に結合され、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されているフィードバック回路と、ＧａＮトランジスタのゲート端子、及びＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート端子に結合されたドライバ回路とを含む。ドライバ回路は、フィードバック信号を受信し、ＧａＮトランジスタにバイアス電圧を印加し、電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート電圧を調整することにより、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを低減するようにさらに構成されている。
【０００８】
一実施形態では、ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、バイアス電圧をＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている。一実施形態では、電流検出回路は、電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む。
【０００９】
一実施形態では、フィードバック回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧を、閾値を定める基準電圧と比較し、比較に基づいてフィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む。一実施形態では、フィードバック回路は、基準電圧を生成し、基準電圧を差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む。
【００１０】
少なくとも１つの態様によれば、出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法が提供される。この方法は、増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視すること、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を基準電圧と比較することにより、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定すること、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、第１のトランジスタと直列に結合された電力増幅器の第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することを含む。
【００１１】
一実施形態では、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定する動作は、基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を下回っていると判定すること、基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することを含む。
【００１２】
一実施形態では、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減する動作は、第２のトランジスタをオフにすることを含む。一実施形態では、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減する動作は、第２のトランジスタ、及び第２のトランジスタに結合された第３のトランジスタのゲート電圧を調整することを含む。一実施形態では、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減する動作は、第２のトランジスタをオフにすること、第３のトランジスタをオンにすることを含む。
【００１３】
少なくとも１つの態様によれば、負荷に出力信号を供給するためのシステムが提供される。このシステムは、負荷に出力を供給するように構成されたドレイン端子、及び第１の入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、第１のトランジスタのゲート端子に結合され、第１のトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、第１のトランジスタに結合され、第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、第２の回路に結合され、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路と、第３の回路及び第１のトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路とを含み、第４の回路は、第２の入力信号を受信し、フィードバック信号及び第２の入力信号に基づいて第１の入力信号を生成するように構成されており、第１の入力信号は、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して第２の入力信号の大きさよりも小さい。
【００１４】
一実施形態では、閾値は設定可能な閾値である。一実施形態では、システムは、第１のトランジスタと直列に結合された第２のトランジスタをさらに含み、第２のトランジスタは、ドライバ回路に結合されたゲート端子を有する。一実施形態では、第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。一実施形態では、第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するようにさらに構成されている。
【００１５】
一実施形態では、第２の回路は、第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗と、電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む。一実施形態では、第３の回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを、閾値を定める基準電圧と比較し、比較に基づいてフィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む。一実施形態では、第３の回路は、基準電圧を生成し、基準電圧を差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む。一実施形態では、第１の入力信号は、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して、第２の入力信号と略同じ大きさを有する。
【００１６】
少なくとも１つの態様によれば、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路が提供される。回路は、ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合され、ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、電流検出回路に結合され、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路と、ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路とを含む。第４の回路は、入力信号を受信し、フィードバック信号及び入力信号に基づいて出力信号を生成し、出力信号をＧａＮトランジスタのゲート端子に供給するように構成されており、出力信号は、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して入力信号の大きさよりも小さい。
【００１７】
一実施形態では、第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＧａＮと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、バイアス電圧をＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている。一実施形態では、第２の回路は、電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む。
【００１８】
一実施形態では、第３の回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを、閾値を定める基準電圧と比較し、比較に基づいてフィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む。一実施形態では、第３の回路は、基準電圧を生成し、差分検出器に基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む。一実施形態では、入力信号は、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して出力信号と略同じ大きさを有する。
【００１９】
少なくとも１つの態様によれば、出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法が提供される。この方法は、増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視すること、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を基準電圧と比較することにより、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定すること、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、第１のトランジスタへの入力信号を減衰させることによって、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することを含む。
【００２０】
一実施形態では、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定する動作は、基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を下回っていると判定すること、基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することを含む。一実施形態では、方法は、第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を下回っていると判定することに応答して、入力信号の大きさを維持することをさらに含む。
【００２１】
前述の装置及び方法の実施形態は、上記または以下でさらに詳細に説明される態様、特徴、及び動作との任意の適切な組み合わせに含まれ得る。本教示のこれら及び他の態様、実施形態、及び特徴は、添付の図面と併せて以下の説明からより十分に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】いくつかの実施形態による危険な動作状態からデバイスを保護するための例示的な回路を示す図である。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態による危険な動作状態からデバイスを保護するための例示的な回路を示す図である。
【図１Ｃ】いくつかの実施形態による危険な動作状態からデバイスを保護するための例示的な回路を示す図である。
【図１Ｄ】いくつかの実施形態による危険な動作状態からデバイスを保護するための例示的な回路を示す図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による図１Ａに示される保護方式を実装する例示的な増幅器システムを示す図である。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態による図１Ｂに示される保護方式を実装する例示的な増幅器システムを示す図である。
【図２Ｃ】いくつかの実施形態による図１Ｂに示される保護方式を実装する例示的な増幅器システムを示す図である。
【図３】いくつかの実施形態による危険な動作状態からデバイスを保護するための回路の動作の例示的な方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
当業者であれば、本明細書に記載されている図面は説明を目的とするものに過ぎないことを理解するであろう。場合によっては、実施形態の理解を容易にするために、実施形態の様々な態様を誇張してまたは拡大して示すことがあることを理解されたい。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、むしろ教示の原理を説明することに重点が置かれている。図面では、同様の参照符号は、一般に、様々な図を通じて、同様の特徴、機能的に類似、及び構造的に類似の要素のうちの少なくとも一つを指す。描かれたデバイスまたは回路は、より大きな回路内に集積されてもよい。
【００２４】
以下の詳細な説明において図面を参照するとき、空間的参照「上部」、「底部」、「上方」、「下方」、「垂直」、「水平」などが使用され得る。そのような参照は、教示目的のために使用されており、具体化されたデバイスの絶対的な参照として意図されるものではない。「上に」及び「上方に」という用語は、図に関連して説明を容易にするために使用されており、絶対的な方向参照として意図されるものではない。具現化されたデバイスは、図面に示される方向とは異なる任意の適切な方法で空間的に方向付けられ得る。図面は、本教示の範囲を限定するものとは意図されていない。
【００２５】
例示された実施形態の特徴及び利点は、図面と併せて以下に示す詳細な説明からより明らかになるであろう。
上述のように、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を含むトランジスタは、ＧａＮの好ましい材料特性のために、高速、高電圧、及び高出力の用途に有用である。ＲＦ通信、レーダー、及びマイクロ波に関連するアプリケーションの中には、ＧａＮトランジスタを含むデバイスに厳しい性能要件を課すことがある。例えば、アプリケーションによっては、約５０ワット〜約２００ワットの電力レベルに信号を増幅することが可能な高出力トランジスタを必要とすることがある。
【００２６】
ＧａＮトランジスタの好ましい特性には、シリコンベースのトランジスタに比べて新たな制限がある。例えば、ＧａＮトランジスタのゲート−ソース間破壊電圧は、ＧａＮトランジスタの温度が上昇するにつれて低下することがある。動作条件の変化によって生じるＧａＮトランジスタ内の電流の大きさの増加のために、ＧａＮトランジスタの温度が上昇することがある。より低いゲート−ソース間破壊電圧は、ＧａＮトランジスタ内のゲート−ソース間リーク電流を増加させ、ＧａＮトランジスタの完全な故障につながり得る。
【００２７】
本発明者らは、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを迅速に低減することによって、過電流状態によって引き起こされる過剰な熱によるＧａＮトランジスタの故障を回避できることを認識した。本発明者らは、ＧａＮトランジスタ（または他のデバイス）における電流の大きさを監視し、ＧａＮトランジスタが加熱している場合にＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを急速に低減するための様々な回路及びその動作方法を考案し開発した。いくつかの実施形態では、これらの回路は、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを監視し、電流の大きさが適切な範囲外である場合（または閾値を上回る場合、またはその両方の場合）に、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを低減すること、及びＧａＮトランジスタをシャットダウンすることのうちの少なくとも一方を行うことによって、ＧａＮトランジスタの温度を適切な範囲内に維持する。ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを監視または制御、またはその両方を行う回路は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスを利用して、一旦危険な状態が検出されると、（例えば、３マイクロ秒以内に）迅速に反応してＧａＮトランジスタをシャットダウンすることができる。本明細書で開示される回路及び関連する方法は、ＧａＮトランジスタ以外のデバイスを保護するために容易に適用され得ることを理解されたい。
【００２８】
いくつかの実施形態によるＧａＮトランジスタなどのデバイスを保護するための例示的な回路が図１Ａに示されている。回路１００Ａは、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを監視し、保護対象デバイス１０８が安全範囲外で（例えば、電流閾値を上回って）動作している場合に、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減するための様々なコンポーネントを含む。保護対象デバイス１０８にとって危険な動作条件の間、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減することによって、保護対象デバイス１０８の寿命を長くすることができる。
【００２９】
回路１００Ａは、供給電圧Ｖｃｃと保護対象デバイス１０８との間に結合された電流検出回路１０２を含む。電流検出回路１０２は、保護対象デバイス１０８内の電流の量を測定するように構成されている。電流検出回路１０２は、様々な方法のいずれかによって保護対象デバイス１０８内の電流を測定することができる。例えば、電流検出回路１０２は、保護対象デバイス１０８と直列に結合された電流検出抵抗を含み、電流検出抵抗での電圧降下を測定して保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを判定することができる。
【００３０】
フィードバック回路１０４は、電流検出回路１０２に結合され、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを示す信号を受信し、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさに基づいて、保護対象デバイス１０８が適切な範囲内で動作しているか、または閾値を上回っているか、またはその両方であるかどうかを判定するように構成されている。例えば、フィードバック回路１０４は、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを電流閾値と比較し、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさが閾値を上回っているか（または下回っているか）どうかを示すフィードバック信号を生成するように構成することができる。閾値の比較は、範囲に置き換えることができることを理解されたい。例えば、フィードバック回路１０４は、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさが、安全な範囲または危険な範囲のいずれかにあるかどうかを判定することができる。
【００３１】
フィードバック回路１０４によって生成されたフィードバック信号は、保護回路１０６に供給される。保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８が安全な範囲外で（例えば、電流閾値を上回って）動作していることを示すフィードバック信号に応答して、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減すること、及び保護対象デバイス１０８をシャットダウンすることのうちの少なくとも一方を行う。そうでなければ、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８が中断することなく動作を継続することを可能にする。
【００３２】
保護回路１０６は、様々な方法のいずれかによって、保護対象デバイス１０８の電流を低減すること、及び保護対象デバイス１０８をシャットダウンすることのうちの少なくとも一方を行うことができる。使用される個別の方法は、保護対象デバイス１０８に対する保護回路１０６の位置に依存して変化し得る。例えば図１Ａに示すように、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８と、保護対象デバイス１０８に対して入力信号１１０を供給するデバイス（図示せず）とに結合されている。この例では、保護回路１０６は、入力信号１１０を保護対象デバイス１０８に供給する前に入力信号１１０を減衰させることによって、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減するように構成することができる。保護回路１０６は、安全な範囲からの偏差に応答して入力信号１１０の電圧の大きさをゼロに完全に減衰させるか、または安全な範囲からの偏差量に比例して入力信号１１０の電圧の大きさを徐々に減衰させることができる。例えば、フィードバック回路１０４からのフィードバック信号が、保護対象デバイス１０８が閾値をわずか５％上回っていることを示し、保護回路１０６が、入力信号１１０の大きさを２０％低減することができる。この例では、保護回路１０６は、閾値からのより大きな偏差に対して、入力信号１１０に対するより大きな量の減衰を適用することができる。フィードバック回路１０４はまた、フィードバック信号を継続的に監視し、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさが所定の時間期間内に閾値を下回らない場合、入力信号１１０の大きさをさらに低減することができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８及び保護対象デバイス１０８を制御するように構成された回路のうちの少なくとも一方と統合することができる。そのような回路の例は、図１Ｂの回路１００Ｂによって示されている。回路１００Ｂにおいて、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８及び保護対象デバイス１０８に近接するデバイスのうちの少なくとも一方を直接制御することができる。例えば、保護対象デバイス１０８は、増幅器内のＧａＮトランジスタであってもよく、保護回路１０６は、ＧａＮトランジスタと直列に結合された金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に加えてＧａＮトランジスタを制御してもよい。この例では、保護回路１０６は、ＧａＮトランジスタと直列に結合されたＭＯＳＦＥＴをオフにすることによって、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを低減することができる。
【００３４】
保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８に対して他の位置に配置されてもよいことを理解されたい。図１Ｃに示されるように、いくつかの実施形態によれば、保護回路１０６は、電流検出回路１０２と保護対象デバイス１０８との間に結合されてもよい。これらの実施形態では、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８と直列に結合されたトランジスタをオフにすることによって、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減することができる。保護対象デバイス１０８と直列に結合されたトランジスタをオフにすることによって、供給電圧Ｖｃｃと接地との間の総インピーダンスが著しく増加し、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさが低減される。
【００３５】
保護回路１０６は、電流検出回路１０２と保護対象デバイス１０８との間ではなく、図１Ｄに示すように、保護対象デバイス１０８と接地との間に結合されることもできる。図１Ｄの保護回路１０６は、図１Ｃで上述した保護回路１０６と同様に動作することができる。例えば、保護回路１０６は、保護対象デバイス１０８と直列に結合されたトランジスタをオフにすることによって、保護対象デバイス１０８内の電流の大きさを低減することができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、図１Ａから図１Ｄに示されるフィードバック回路１０４及び保護回路１０６のうちの少なくとも一方は、迅速な反応時間を有するデバイスから有利に構成されて、回路１００Ａから回路１００Ｄが電流の大きさの変化に反応可能な速度を増加させることができる。例えば、ＣＭＯＳデバイスは、非常に小さい伝播遅延（例えば、１０ナノ秒）を有し得る。これにより、フィードバック回路１０４及び保護回路１０６のうちの少なくとも一方をＣＭＯＳデバイスから構成することで、閾値を上回って上昇した保護対象デバイス１０８内の電流の大きさと、閾値を下回って低減されている保護対象デバイス１０８内の電流の大きさとの間の早い反応時間（例えば、１マイクロ秒未満）を得ることができる。フィードバック回路１０４及び保護回路１０６のうちの少なくとも一方は、ＣＭＯＳデバイス以外のデバイスから構成されてもよいことを理解されたい。
【００３７】
上述したように、ＧａＮトランジスタのような特定のデバイスを危険な動作状態から保護するために、様々な保護方式を採用することができる。これらの保護方式は、例えば、増幅器システムを含む様々なシステムのいずれかに実装することができる。図２Ａは、上記の図１Ａに示される保護方式を実施するそのような例示的な増幅器システム２００Ａを示す。
【００３８】
増幅器システム２００Ａは、入力信号２０８を受信して増幅し、出力信号２１０を生成するように構成された増幅器２２６を含む。増幅器２２６は、信号増幅を実行し、保護対象デバイス１０８とも表される第１のトランジスタ２０４を含む。増幅器システム２００Ａは、第１のトランジスタ２０４が危険な状態で動作している場合、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを監視し、入力信号２０８を減衰させることによって、第１のトランジスタ２０４を保護する。第１のトランジスタ２０４は、ゲート端子で入力信号２０８を受信し、ドレイン端子に出力信号２１０を供給する。図示のように、第１のトランジスタ２０４のソース端子は接地されている。ドライバ回路２０２は、第１のトランジスタ２０４のゲート端子にバイアス電圧を印加するとともに、第１のトランジスタ２０４と直列に結合された第２のトランジスタ２０６の動作を制御する。第２のトランジスタ２０６は、電流検出抵抗２１２に結合されたドレイン端子と、第１のトランジスタ２０４のドレイン端子に結合されたソース端子とを有する。
【００３９】
ドライバ回路２０２からのバイアス電圧及び入力信号２０８は、ドライバ回路２０２と第１のトランジスタ２０４のゲート端子との間に結合された結合器回路（図示せず）によって結合されてもよいことを理解されたい。例えば、結合器回路は、ドライバ回路２０２及び第１のトランジスタ２０４のゲート端子の間に結合され、バイアス電圧を通過させて、より高い周波数を遮断するインダクタと、これに加えて、第１のトランジスタ２０４のゲート端子及び保護回路１０６の間に結合され、入力信号２０８を通過させて、より低い周波数を遮断するキャパシタとを含む。
【００４０】
図２Ａに示すように、電流検出回路１０２は、供給電圧Ｖｃｃと第２のトランジスタ２０６のドレイン端子との間に結合された電流検出抵抗２１２を含む。電流検出抵抗２１２は、電流検出抵抗２１２における電圧降下を小さくして、供給電圧Ｖｃｃと接地との間に結合された追加のインピーダンスによって引き起こされる過剰な電力損失を最小限に抑えるように選択することができる。例えば、供給電圧Ｖｃｃは３０ボルトと５０ボルトとの間であり、電流検出抵抗２１２における電圧降下は１ボルトとし得る。
【００４１】
図２Ａに示す電流検出回路１０２は、電流検出抵抗２１２の第１の端子に結合された第１のプログラム可能なレベルシフタと、電流検出抵抗２１２の第２の端子に結合された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む。第１のプログラム可能なレベルシフタ２１４及び第２のプログラム可能なレベルシフタ２１６はそれぞれ、電流検出抵抗２１２の端部の電圧の大きさをフィードバック回路１０４にとって適切な範囲に低減することができる。例えば、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６は、電圧の大きさを２５から５０ミリボルト（ｍＶ）の間に低減することができる。プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６のインピーダンスは、電力損失を低減するために高くてもよい。例えば、供給電圧Ｖｃｃは３０ボルトから５０ボルトの間であり、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６のインピーダンスは、少なくとも１００，０００オームとすることができる。本開示の範囲から逸脱することなく、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６に対して様々な変更を行うことができることを理解されたい。例えば、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６の可変インピーダンスは、プログラム可能な電流源で置き換えることができる。別の例では、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６は、接地に結合された可変インピーダンスを、固定されたインピーダンス及び固定電流源のうちの少なくとも一方に置き換えることによって、固定レベルシフタに置き換えることができる。さらに、電流検出回路１０２は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６に結合され、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの信号を増幅する増幅段を含むことができる。
【００４２】
プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６の２つの出力間の電圧は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを示し、フィードバック回路１０４に供給されることができる。図２Ａに示すように、フィードバック回路１０４は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６に結合された差分検出器２２０と、最大電流閾値を示す電圧基準を生成するプログラム可能な基準生成器２１８とを含む。差分検出器２２０は、プログラム可能な基準生成器２１８からの電圧基準を、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧と比較するように構成されている。これにより、差分検出器２２０は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを、プログラム可能な基準生成器２１８によって設定された閾値と比較する。プログラム可能な基準生成器２１８のプログラマビリティは、例えば、電流に対する異なる感度を有する異なる保護対象デバイス１０８に対する同じ回路の再利用を可能にする柔軟性を提供することができる。
【００４３】
フィードバック信号２２２は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが、プログラム可能な基準生成器２１８によって設定された閾値を上回っている（または下回っている）かどうかを示すことができる。例えば、差分検出器２２０は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧が、プログラム可能な基準生成器２１８からの基準電圧よりも大きいことに応答して、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を上回っていることをフィードバック信号２２２によって示すことができる。反対に、差分検出器２２０は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧が、プログラム可能な基準生成器２１８からの電圧よりも小さいことに応答して、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を下回っていることをフィードバック信号２２２によって示すことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、差分検出器２２０によって生成されるフィードバック信号２２２は、アナログ信号であってもよい。例えば、差分検出器２２０は、差分増幅器として実装されてもよく、差分増幅器によって提供されるフィードバック信号２２２は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧と、プログラム可能な基準生成器２１８からの電圧との間の差を示すことができる。
【００４５】
フィードバック回路１０４は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを、特定の実装に応じて複数の閾値及び複数の範囲のうちの少なくとも一方と比較するように構成されてもよいことを理解されたい。例えば、差分検出器２２０は、複数の基準電圧を受け取り、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧を、基準電圧のそれぞれと比較することができる。この例では、差分検出器２２０は、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧を上回る最も近い基準電圧と、プログラム可能なレベルシフタ２１４及び２１６からの電圧を下回る最も近い基準電圧とを識別して、電流の大きさが入る範囲を識別することが可能である。電流の大きさがどの範囲にあるかに基づいて、保護回路１０６は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを低減するか、または第１のトランジスタ２０４が中断することなく動作し続けることを可能にするかの適切な動作を行うことができる。
【００４６】
図２Ａに示すように、保護回路１０６は、入力信号２０８を受信し、入力信号２０８を第１のトランジスタ２０４のゲート端子に供給する前に、フィードバック信号２２２に基づいて入力信号２０８を減衰させる。保護回路１０６における入力信号２０８の減衰は、減衰器２２４によって実行することができる。減衰器２２４は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号２２２に応答して、入力信号２０８をゼロに（またはほぼゼロに）減衰させることができる。あるいは、減衰器２２４は、第１のトランジスタ２０４内の電流が閾値及び閾値のセットの中の特定の閾値のうちの少なくとも一方を超えると、徐々に入力信号２０８に減衰を適用することができる。例えば、フィードバック信号２２２は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが２つの最も低い閾値の間にある（例えば、第１の範囲内にある）ことを示し、減衰器２２４は、入力信号２０８をわずかに減衰させることができる。減衰器２２４は、フィードバック信号２２２が、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが２つの最も低い閾値を上回っている（例えば、第２の範囲にある）ことを示す場合に、より大きな量の減衰を適用することができる。別の例では、フィードバック信号２２２は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさと閾値との間の偏差を示すアナログ信号であってもよい。この例では、減衰器２２４によって適用される減衰の大きさは、フィードバック信号２２２によって示される偏差の大きさに比例するものとすることができる。減衰器２２４はまた、第１のトランジスタ２０４によって示される応答に基づいて減衰量を修正してもよい。例えば、減衰器２２４は、最初に、電流の大きさが最低閾値を上回っていることに応答して、入力信号２０８に小さなレベルの減衰を適用し、続いて、電流の大きさが最低閾値を上回ったままであることに応答して、入力信号２０８に適用される減衰量を増加させる。
【００４７】
図１Ｂを参照して上述したように、保護回路１０６の機能は、保護対象デバイス１０８と統合することができ、または保護対象デバイス１０８の動作を制御する回路と統合することができ、またはその両方とすることができる。図２Ｂは、増幅器２２６に組み込まれた保護回路の機能を有するそのような例示的な増幅器システム２００Ｂを示す。保護回路の機能を増幅器に組み込むことは、保護回路によって実行される様々な機能を実行する既存のデバイスを利用することによって、増幅器システム２００Ｂの構成を有利に簡略化することができる。これにより、増幅器システムを製造するコスト及び複雑さが低減され得る。
【００４８】
図２Ｂに示すように、フィードバック回路１０４からのフィードバック信号２２２は、増幅器２２６のドライバ回路２０２に供給される。この実装では、ドライバ回路２０２は、フィードバック信号２２２に基づいて第２のトランジスタ２０６の動作を制御するように構成することができる。例えば、フィードバック信号２２２が、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示し、ドライバ回路２０２は、第２のトランジスタ２０６をオフにして、第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することができる。フィードバック信号２２２が、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を下回っていることを示す場合、ドライバ回路２０２は、第２のトランジスタ２０６をオンにする（または第２のトランジスタ２０６をオンに維持する）ことができる。これにより、保護回路の機能は、増幅器２２６の既存の構成要素（例えば、ドライバ回路２０２及び第２のトランジスタ２０６）に組み込まれる。
【００４９】
図２Ｃは、増幅器２２６に組み込まれた保護回路の機能を有する別の例示的な増幅器システム２００Ｃを示す。第２のトランジスタ２０６のドレイン端子は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように第１のトランジスタ２０４のドレイン端子に結合される代わりに、図２Ｃに示すように、第１のトランジスタ２０４のソース端子に結合されている。図２Ｃに示す増幅器２２６は、第２のトランジスタ２０６と直列に結合された第３のトランジスタ２２８をさらに含む。第３のトランジスタ２２８は、第２の供給電圧Ｖｃｃ２に結合されたソース端子と、ドライバ回路２０２に結合されたゲート端子と、第２のトランジスタ２０６のドレイン端子に結合されたドレイン端子とを有する。この実装では、ドライバ回路２０２は、同時に第２のトランジスタ２０６をオフにし、第３のトランジスタ２２８をオンにして、第１のトランジスタ２０４のソース端子の電圧レベルを増加させることにより、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさを低減するように構成されている。例えば、第２のトランジスタ２０６をオフにし、第３のトランジスタ２２８をオンにすると、第１のトランジスタ２０４のソース端子の電圧レベルが接地からＶｃｃ２に上昇する。第１のトランジスタ２０４のソース端子の電圧を増加させることによって、第１のトランジスタ２０４での電圧降下と第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさの両方が低減される。ドライバ回路２０２は、第１のトランジスタ２０４内の電流の大きさが閾値を下回っている通常の動作中に第２のトランジスタ２０６をオンにし、第３のトランジスタ２２８をオフにすることができる。
【００５０】
図２Ｃに示すように、第３のトランジスタ２２８はｐ型トランジスタであり、第２のトランジスタ２０６はｎ型トランジスタであってもよい。第２のトランジスタ２０６及び第３のトランジスタ２２８をそれぞれ異なるタイプとして実装することにより、ドライバ回路は両方のトランジスタに同様の（または同じ）制御信号を印加し、所望の動作モードを実現することができる。例えば、第１の制御信号が第２のトランジスタ２０６及び第３のトランジスタ２２８にそれぞれ送られて、第２のトランジスタ２０６をオフにし、第３のトランジスタ２２８をオンにして、第１のトランジスタ２０４のソース端子に印加される電圧を増加させることができる。逆に、第２の制御信号が第２のトランジスタ２０６及び第３のトランジスタ２２８にそれぞれ送られて、第２のトランジスタ２０６をオンにし、第３のトランジスタ２２８をオフにして、第１のトランジスタ２０４のソース端子を接地することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、図２Ａから図２Ｃのそれぞれに示される増幅器２２６は、ＧａＮトランジスタを含む。例えば、第１のトランジスタ２０４はＧａＮトランジスタであってよく、第２のトランジスタ２０６は、シリコン金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような異なるタイプの半導体から形成されてもよい。これらの実施形態では、ドライバ回路２０２は、ＭＯＳＦＥＴをオンにする前にＧａＮトランジスタにバイアス電圧を印加して、ＧａＮトランジスタへの損傷を避けるように構成されたＧａＮシーケンサであってもよい。図２Ｂ及び図２Ｃに示す実施形態では、ＧａＮシーケンサは、第２のトランジスタ２０６を制御して、ＧａＮトランジスタを適切にシーケンスするとともに、ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていることに応答してＧａＮトランジスタの電流を低減することができる。
【００５２】
上述したように、様々な回路は、危険な動作条件によって引き起こされる損傷からＧａＮトランジスタなどのデバイスを保護するように設計されることができる。図３は、いくつかの実施形態によるこれらの回路の動作の例示的な方法３００を示す。方法３００は、保護対象デバイス内の電流の大きさを監視し、保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定することによってデバイスを保護する。保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を上回っている場合、保護対象デバイス内の電流の大きさは低減される。それ以外の場合、保護対象デバイスは中断することなく動作を継続することを許可される。
【００５３】
動作３０２において、回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさを監視する。保護対象デバイスは、熱及び電流のうちの少なくとも一方に影響を受けやすいＧａＮトランジスタまたは他のデバイスを含むことができる。回路は、様々な方法のいずれかによって、保護対象デバイス内の電流を監視することができる。例えば、回路は、保護対象デバイスと直列に結合された電流検出抵抗を含むことができ、回路は、電流検出抵抗での電圧降下を測定して、保護対象デバイス内の電流の大きさを判定することができる。
【００５４】
動作３０４において、回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定する。回路は、例えば、閾値を示す電圧基準を、保護対象デバイス内の電流の大きさを示す電圧信号と比較するように構成された差分検出器を含むことができる。この例では、回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさが電圧基準よりも大きいことを示す電圧信号に応答して、保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を上回っていることを示すことができる。逆に、回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさが電圧基準よりも小さいことを示す電圧信号に応答して、保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を下回っていることを示すことができる。保護対象デバイス内の電流の大きさが閾値を上回っている場合、回路は動作３０６に進み、保護対象デバイス内の電流を低減する。そうでない場合、回路は動作３０２に戻り、保護対象デバイス内の電流の大きさを監視し続ける。
【００５５】
回路は、動作３０６において、保護対象デバイス内の電流の大きさを低減するための様々な方法のうちの任意のものを使用することができる。例えば、回路は、保護対象デバイスと直列に結合されたトランジスタをオフにし、または保護対象デバイスへの入力信号を減衰させ、またはその両方を行うことができる。保護対象デバイスがトランジスタである例においては、回路は、トランジスタのソース端子の電圧レベルを上げて、トランジスタでの電圧降下を低減し、トランジスタの電流の大きさを低減することもできる。
【００５６】
回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさを、動作３０４において複数の閾値または範囲と比較してもよいことを理解されたい。例えば、回路は、保護対象デバイス内の電流の大きさが、保護対象デバイスにとって安全な第１の範囲内にあるか、または保護対象デバイスに対して安全でない第２のより高い範囲内にあるかを判定することができる。この例では、回路は、保護対象デバイスが第２のより高い範囲で動作することに応答して動作３０６に進むことができる。さもなければ、回路は動作３０２に戻り、保護対象デバイスの監視を続けることができる。
【００５７】
「略」及び「約」という用語は、ある実施形態では目標寸法の±２０％内、ある実施形態では目標寸法の±１０％内、ある実施形態では目標寸法の±５％内、ある実施形態では目標寸法の±２％内を意味し得る。用語「略」及び「約」には、目標寸法が含まれてもよい。
【００５８】
本明細書に記載の技術は、少なくともいくつかの動作が記載されている方法として具体化することができる。方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けられることができる。したがって、例示的な実施形態では逐次行為として記載されているが、記載された順序とは異なる順序で動作が実行されるように実施形態を構成することができ、これは、いくつかの行為を同時に実行することを含む。さらに、方法は、記載されたものより多くの動作を含むことができ、いくつかの実施形態では、他の実施形態に記載された動作より少ない動作を含むことができる。
【００５９】
このように、本発明の少なくとも１つの例示的な実施形態が説明されたことにより、当業者には様々な変更、修正、及び改良が容易に想起されるであろう。そのような変更、修正、及び改良は、本発明の技術思想及び範囲内にあることが意図されている。このように、前述の説明は単なる例示であり、限定することを意図したものではない。本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物で定義されるようにのみ限定される。
【図１Ａ】
2019523577.tif 000003
【図１Ｂ】
2019523577.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月24日(2018.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に出力信号を供給するためのシステムであって、
前記負荷に前記出力信号を供給するように構成されたドレイン端子、及び入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと直列に結合され、ゲート端子を有する第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗を含み、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された電流検出回路と、
前記電流検出回路に結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されたフィードバック回路と、
前記フィードバック回路、及び第１及び第２のトランジスタの各々のゲート端子に結合されたドライバ回路と
を備え、前記ドライバ回路は、前記第１のトランジスタのゲート端子に電圧を印加し、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記閾値は、設定可能な閾値である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、前記第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するようにさらに構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記電流検出回路は、前記電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記フィードバック回路は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィードバック回路は、前記基準電圧を生成し、前記差分検出器に前記基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタのソース端子に結合されたドレイン端子を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ドライバ回路に結合されたゲート端子と、前記第２のトランジスタのドレイン端子に結合されたドレイン端子とを有する第３のトランジスタをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ドライバ回路は、前記第２及び第３のトランジスタの各々のゲート電圧を調整することによって前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路であって、
前記ＧａＮトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗を含み、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された電流検出回路と、
前記電流検出回路に結合され、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成されているフィードバック回路と、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子、及び前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート端子に結合されたドライバ回路と
を備え、前記ドライバ回路は、前記フィードバック信号を受信し、前記ＧａＮトランジスタにバイアス電圧を印加し、前記電流の大きさが閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを低減するようにさらに構成されている、回路。
【請求項１２】
前記ドライバ回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＧａＮトランジスタと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、前記バイアス電圧を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記電流検出回路は、前記電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む、請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記フィードバック回路は、第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧を、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器を含む、請求項１１に記載の回路。
【請求項１５】
前記フィードバック回路は、前記基準電圧を生成し、前記基準電圧を前記差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源をさらに含む、請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法であって、
前記増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視することであって、前記第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗での電圧降下を測定することを含む、前記監視すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を基準電圧と比較することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、前記第１のトランジスタと直列に結合された電力増幅器の第２のトランジスタのゲート電圧を調整することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減すること
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定することは、前記基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定すること、前記基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていると判定することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタをオフにすることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタ、及び前記第２のトランジスタに結合された第３のトランジスタのゲート電圧を調整することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減することは、前記第２のトランジスタをオフにすること、前記第３のトランジスタをオンにすることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
負荷に出力信号を供給するためのシステムであって、
前記負荷に出力を供給するように構成されたドレイン端子、及び第１の入力信号を受信するように構成されたゲート端子を有する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのゲート端子に結合され、前記第１のトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、
前記第１のトランジスタに結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、
前記第２の回路に結合され、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路であって、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器、及び前記基準電圧を生成し、前記基準電圧を前記差分検出器に供給するように構成されたプログラム可能な電圧源を含む、前記第３の回路と、
前記第３の回路及び前記第１のトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路と
を備え、前記第４の回路は、第２の入力信号を受信し、前記フィードバック信号及び前記第２の入力信号に基づいて前記第１の入力信号を生成するように構成されており、前記第１の入力信号は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記第２の入力信号の大きさよりも小さい、システム。
【請求項２２】
前記閾値は、設定可能な閾値である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１のトランジスタと直列に結合された第２のトランジスタをさらに備え、前記第２のトランジスタは、ドライバ回路に結合されたゲート端子を有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１のトランジスタは、窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタであり、前記第２のトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、前記ＭＯＳＦＥＴをオンにする前に、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に前記バイアス電圧を印加するようにさらに構成されている、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第２の回路は、前記第１のトランジスタと直列に結合された電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の第１の端子に結合された第１のレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合された第２のレベルシフタとを含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の入力信号は、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して、前記第２の入力信号と略同じ大きさを有する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】
窒化ガリウム（ＧａＮ）トランジスタを保護するための回路であって、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合され、前記ＧａＮトランジスタのゲート端子にバイアス電圧を印加するように構成された第１の回路と、
前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさを測定するように構成された第２の回路と、
電流検出回路に結合され、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを示すフィードバック信号を生成するように構成された第３の回路であって、第１のトランジスタ内の電流の大きさを、前記閾値を定める基準電圧と比較し、前記比較に基づいて前記フィードバック信号を生成するように構成された差分検出器、及び前記基準電圧を生成し、前記差分検出器に前記基準電圧を供給するように構成されたプログラム可能な電圧源を含む、前記第３の回路と、
前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に結合された第４の回路と
を備え、前記第４の回路は、入力信号を受信し、前記フィードバック信号及び前記入力信号に基づいて出力信号を生成し、前記出力信号を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に供給するように構成されており、前記出力信号は、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記入力信号の大きさよりも小さい、回路。
【請求項２９】
前記第１の回路は、ＧａＮシーケンサであり、ＧａＮと直列に結合されたトランジスタをオンにする前に、前記バイアス電圧を前記ＧａＮトランジスタのゲート端子に印加するようにさらに構成されている、請求項２８に記載の回路。
【請求項３０】
前記第２の回路は、電流検出抵抗の第１の端子に結合するように構成された第１のプログラム可能なレベルシフタと、前記電流検出抵抗の第２の端子に結合するように構成された第２のプログラム可能なレベルシフタとを含む、請求項２８に記載の回路。
【請求項３１】
前記入力信号は、前記ＧａＮトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていることを示すフィードバック信号に応答して前記出力信号と略同じ大きさを有する、請求項２８に記載の回路。
【請求項３２】
出力信号を負荷に供給している増幅器を保護するための方法であって、
前記増幅器の第１のトランジスタ内の電流の大きさを監視すること、
プログラム可能な電圧源を用いて、閾値を定める基準電圧を生成すること、
前記プログラム可能な電圧源と結合された差分検出器を用いて、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを示す電圧信号を前記基準電圧と比較することにより、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っているかどうかを判定すること、
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っていると判定することに応答して、前記第１のトランジスタへの入力信号を減衰させることによって、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさを低減すること
を含む、方法。
【請求項３３】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが閾値を上回っているかどうかを判定することは、前記基準電圧よりも小さい電圧信号に応答して、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定すること、前記基準電圧よりも大きい電圧信号に応答して、前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を上回っていると判定することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１のトランジスタ内の電流の大きさが前記閾値を下回っていると判定することに応答して、前記入力信号の大きさを維持することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【国際調査報告】
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